一種光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)及導(dǎo)航方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)及導(dǎo)航方法，融合了光學(xué)陀螺與微機(jī)械陀螺的優(yōu)點(diǎn)，形成互為彌補(bǔ)的高性能慣性系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的慣導(dǎo)系統(tǒng)按照陀螺儀區(qū)分，一般分為光學(xué)(如光纖、激光等)、微機(jī)械(MEMS)、撓性等。
[0003]光纖陀螺采用固體結(jié)構(gòu)，用光作為敏感信號(hào)，因此預(yù)熱時(shí)間很短，而且可靠性高、壽命長(zhǎng)、抗干擾。由于光源位于工作電路的外圍，即使低速旋轉(zhuǎn)也不會(huì)出現(xiàn)類似激光陀螺的閉鎖問題。但是光纖陀螺在技術(shù)上還存在一系列的問題，影響了光纖陀螺的精度和穩(wěn)定性，如溫度瞬態(tài)的影響、振動(dòng)的影響、偏振的影響。
[0004]與傳統(tǒng)陀螺儀相比，MEMS陀螺儀具有體積小、重量輕、成本低、功耗小、可靠性好、測(cè)量范圍大等突出特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛，但目前仍屬于低精度陀螺儀，隨機(jī)漂移誤差較大。
[0005]而且，目前的動(dòng)中通或者其它項(xiàng)目，要求慣導(dǎo)能夠提供比較可靠的水平姿態(tài)角，同時(shí)又要求航向角能夠在過隧道或其它遮擋物時(shí)能夠保持一段時(shí)間的精度。一般采用高精度光學(xué)陀螺和高精度加速度計(jì)來實(shí)現(xiàn)，但是造價(jià)昂貴，性價(jià)比低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較弱。
[0006]為此，本發(fā)明提供了一種造價(jià)低、體積小、發(fā)展前景廣泛的高性能慣性系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明提供一種光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)及導(dǎo)航方法，融合了光學(xué)陀螺與微機(jī)械陀螺的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)造價(jià)低、體積小、發(fā)展前景廣泛的高性能慣性系統(tǒng)。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光纖陀螺儀和垂直方向的三軸MEMS陀螺儀，所述光纖陀螺儀與所述MEMS陀螺儀互為冗余設(shè)置；常態(tài)時(shí)，所述光纖陀螺儀測(cè)量方位軸向的角速度，當(dāng)所述光線陀螺儀出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到所述MEMS陀螺儀。
[0011]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種上述的光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航方法，所述方法包括:
[0012]在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)采集所述MEMS陀螺儀的靜態(tài)數(shù)據(jù)，分析所述靜態(tài)數(shù)據(jù)，得到所述MEMS陀螺儀的常值漂移；
[0013]計(jì)算所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差；
[0014]利用曲線擬合算法構(gòu)建所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差隨溫度或時(shí)間變化的擬合曲線，得到所述MEMS陀螺儀的漂移誤差擬合曲線；
[0015]根據(jù)所述MEMS陀螺儀的常值漂移和所述MEMS陀螺儀的漂移誤差擬合曲線對(duì)所述MEMS陀螺儀進(jìn)行誤差補(bǔ)償；
[0016]實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述光纖陀螺儀的工作狀態(tài)，當(dāng)所述光纖陀螺儀出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到所述MEMS陀螺儀。
[0017]優(yōu)選地，在慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)階段進(jìn)行所述靜態(tài)數(shù)據(jù)的采集。
[0018]優(yōu)選地，所述計(jì)算所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差，具體包括:
[0019]實(shí)時(shí)采集MEMS陀螺儀與光纖陀螺儀的角速度；
[0020]計(jì)算所述MEMS陀螺儀角速度與光纖陀螺儀角速度的角速度差值；
[0021]從所述角速度差值中扣除載體自身運(yùn)動(dòng)的角速度，得到所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差。
[0022]優(yōu)選地，在慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)入導(dǎo)航后進(jìn)行所述MEMS陀螺儀與光纖陀螺儀的角速度的米集。
[0023]優(yōu)選地，所述利用曲線擬合算法構(gòu)建所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差隨溫度或時(shí)間的擬合曲線，具體包括:
[0024]計(jì)算所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差的每秒均值，并實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前的所述MEMS陀螺儀的溫度；
[0025]將所述每秒均值作為樣本點(diǎn)，利用曲線擬合算法構(gòu)建所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差隨溫度或時(shí)間的擬合曲線。
[0026]優(yōu)選地，所述擬合曲線采用分段曲線擬合。
[0027](三)有益效果
[0028]本發(fā)明提供了一種光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)及導(dǎo)航方法，綜合了微機(jī)械陀螺的低成本、低功耗與光纖陀螺的高精度的特點(diǎn)，不僅提高了系統(tǒng)的冗余性，也保證了航向角的保持精度，同時(shí)對(duì)微機(jī)械陀螺漂移進(jìn)行在線標(biāo)定，即在慣性系統(tǒng)完成粗略誤差標(biāo)定以后，通過設(shè)定的運(yùn)動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)陀螺漂移和加速度計(jì)零偏的誤差估計(jì)和補(bǔ)償，使系統(tǒng)降低對(duì)設(shè)備(如轉(zhuǎn)臺(tái)、溫箱)的要求，極大的降低了成本，提高了慣性系統(tǒng)的性能。
【附圖說明】
[0029]通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中:
[0030]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航方法流程圖；
[0031]圖2為本發(fā)明實(shí)施例光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)算法流程圖；
[0032]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS陀螺儀與光纖陀螺儀漂移誤差的誤差曲線示意圖；
[0033]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS陀螺儀補(bǔ)償了常值漂移后隨時(shí)間的誤差曲線示意圖；
[0034]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS陀螺儀補(bǔ)償了常值漂移和所述漂移誤差后的誤差曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036]光纖陀螺儀相對(duì)于MEMS陀螺儀，精度高，價(jià)格貴，體積大。在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，由于天向陀螺漂移一般不可觀測(cè)，導(dǎo)致航向角漂移，采用中等精度的光纖陀螺儀可用作航向保持，使航向角誤差發(fā)散較慢，而水平姿態(tài)角的長(zhǎng)時(shí)間保持精度主要受加速度計(jì)精度影響。因此，采用光纖陀螺儀與MEMS陀螺儀進(jìn)行組合設(shè)計(jì)是可行的，具有較高的性價(jià)比。
[0037]本發(fā)明提供一種光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光纖陀螺儀和垂直方向的三軸MEMS陀螺儀，所述光纖陀螺儀與所述MEMS陀螺儀互為冗余設(shè)置；常態(tài)時(shí)，所述光纖陀螺儀測(cè)量方位軸向的角速度，當(dāng)所述光線陀螺儀出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到所述MfflS陀螺儀。
[0038]本發(fā)明實(shí)施例提出的光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)，采用一個(gè)光纖陀螺儀和三軸MEMS陀螺儀作為慣導(dǎo)三個(gè)軸向的角速度傳感器，光纖陀螺儀與垂直方向的MEMS陀螺儀形成互為冗余的設(shè)計(jì)方案。常態(tài)時(shí)，光纖陀螺儀取代垂直方向的MEMS陀螺儀測(cè)量方位軸向的角速度。當(dāng)光線陀螺儀損壞時(shí)，可以自動(dòng)切換到垂直方向MEMS陀螺儀，使系統(tǒng)在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)保持工作。本發(fā)明采用價(jià)格低廉的MEMS陀螺與中等精度的光纖陀螺進(jìn)行組裝，用來替代高精度光學(xué)慣導(dǎo)，造價(jià)低，體積小，具有較為廣泛的發(fā)展前景。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例提供的光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)由中高精度光纖陀螺、高性能MEMS陀螺、加速度計(jì)、北斗/GPS接收機(jī)、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)組成的高性能組合導(dǎo)航系統(tǒng)，基于陀螺、加速度計(jì)的慣性導(dǎo)航和慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航計(jì)算，能夠測(cè)量載體的航向、俯仰、滾動(dòng)、速度、位置等信息。該系統(tǒng)采用高性能算法，具備動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)、慣導(dǎo)/衛(wèi)星組合導(dǎo)航、慣導(dǎo)/里程計(jì)航跡推算、自主零速修正、自標(biāo)定等功能。光纖陀螺在垂直方向，可以起航向保持作用。
[0040]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光纖陀螺與微機(jī)械陀螺組合的慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航方法流程圖，如圖1所示，所述方法包括:
[0041]S101、在第一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)采集所述MEMS陀螺儀的靜態(tài)數(shù)據(jù)，分析所述靜態(tài)數(shù)據(jù)，得到所述MEMS陀螺儀的常值漂移；
[0042]S102、計(jì)算所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差；
[0043]S103、利用曲線擬合算法構(gòu)建所述MEMS陀螺儀與所述光纖陀螺儀的漂移誤差隨溫度或時(shí)間變化的擬合曲線，得到所述MEMS陀螺儀的漂移誤差擬合曲線；
[0044]S104、根據(jù)所述MEMS陀螺儀的常值漂移和所述MEMS陀螺儀的漂移誤差擬合曲線對(duì)所述MEMS陀螺儀進(jìn)行誤差補(bǔ)償；
[0045]S105、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述光纖陀螺儀的工作狀態(tài)，當(dāng)所述光纖陀螺儀出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到所述MEMS陀螺儀。